Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-11T12:08:27Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_InfluenciaParametrosTermicos.pdf: 3274679 bytes, checksum: 67a56351708ea6a0728c738561741289 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-08-29T17:08:58Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_InfluenciaParametrosTermicos.pdf: 3274679 bytes, checksum: 67a56351708ea6a0728c738561741289 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-08-29T17:08:58Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_InfluenciaParametrosTermicos.pdf: 3274679 bytes, checksum: 67a56351708ea6a0728c738561741289 (MD5) Previous issue date: 2007 / CEFET/PA - Centro Federal de Educação Tecnológica do Pará / O principal objetivo deste trabalho é desenvolver um estudo teórico/experimental sobre a influência dos parâmetros térmicos de solidificação (V L e T) na transição colunar/equiaxial das ligas Sn 5%Pb, Sn 15%Pb, Sn 20%Pb e Sn 25%Pb sob condições de solidificação unidirecional horizontal refrigerada à água. Inicialmente, são calculadas experimentalmente as velocidades da isoterma líquidus e as taxas de resfriamento das ligas em questão cujos resultados são comparados com as previsões teóricas de um modelo numérico. Em seguida, a posição da transição colunar/equiaxial é determinada por meio da análise macroestrutural assim como são avaliados os efeitos impostos por correntes convectivas devido ao efeito do soluto no comportamento da transição colunar/equiaxial das referidas ligas. Finalmente, é realizado um estudo experimental comparativo para as ligas estudadas quando solidificadas unidirecionalmente em diferentes sistemas refrigerados à água. / This work carry out a theoretical experimental study about the influence of solidification thermal parameters on the columnar to equiaxed transition of Sn 5%Pb, Sn 15%Pb, and Sn 20% Pb and Sn 25% Pb alloys during the horizontal unidirectional solidification process cooled by water which considers the solute convection effects. The tip growth rates and cooling rates have been experimentally calculated and the obtained results are compared with those of a numerical model. The columnar to equiaxed transition position is determined through the macrostructure characterization of the studied alloys. The experimental results have shown that the thermosolutal convection influences the CET occurrence. Finally, a comparative experimental study is done for the studied alloys when directionally solidified in different water-cooled systems.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-14T15:04:45Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_VariaveisTermicasSolidificacao.pdf: 3783156 bytes, checksum: 09439df2a825bda18e3a37c1e6addeb0 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-09-01T16:25:46Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_VariaveisTermicasSolidificacao.pdf: 3783156 bytes, checksum: 09439df2a825bda18e3a37c1e6addeb0 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-01T16:25:46Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_VariaveisTermicasSolidificacao.pdf: 3783156 bytes, checksum: 09439df2a825bda18e3a37c1e6addeb0 (MD5) Previous issue date: 2008 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / No presente trabalho, é realizada uma seqüência de experimentos com ligas hipoeutéticas Al-Ni para analisar a solidificação unidirecional vertical ascendente em condições transitórias de fluxo de calor. Abordagens experimentais são desenvolvidas para a determinação quantitativa de variáveis térmicas de solidificação, tais como: tempos locais de solidificação; velocidades de deslocamento das isotermas liquidus; taxas de resfriamento à frente da isoterma liquidus e gradientes térmicos à frente da interface sólido / líquido. O trabalho analisa também a dependência dos espaçamentos dendríticos secundários em relação às variáveis térmicas de solidificação e ao teor de soluto das ligas, além de relacionar estes parâmetros com a resistência à corrosão destas ligas. Esses parâmetros dendríticos experimentais, referentes à solidificação das ligas Al - 1, 1,4 e 1,8 % Ni, não puderam ser comparados com os principais modelos teóricos de crescimento dendrítico da literatura, pois, para as ligas em estudo há uma escassez de propriedades termofísicas, impossibilitando assim esta comparação. O comportamento corrosivo é analisado pela técnica de polarização potenciodinâmica e técnica de polarização potenciodinâmica cíclica conduzidas em solução de 3,5% NaCl em temperatura ambiente, estruturas dendríticas mais grosseiras tendem a aumentar as taxas de corrosão das ligas hipoeutéticas do sistema Al-Ni. Os resultados experimentais obtidos através de ensaios de corrosão são correlacionados com a microestrutura dendrítica. Dessa forma, são determinadas tendências experimentais de crescimento dendrítico e resistência à corrosão para a solidificação unidirecional vertical ascendente. / In this research is carried out a sequence of experiments with Al-Ni hypoeutectic alloys to analyze the upward vertical directional solidification on transient conditions of heat flow. Experimental approaches were developed to quantitative the thermal variables of solidification, as follow: local time solidification; dislocation rate of liquidus isotherms, tip cooling rates and thermal gradients. This study analyzes the dendrite secondary arms spacing in relation to solidification thermal variables and to alloy composition, beyond link these parameters with corrosion resistance of these alloys. These experimental dendrite parameters, concerning to alloys solidification as Al - 1, 1,4 and 1,8%Ni, couldn’t be compared with the main theoretical model of dendrite growth by others researches, because, to alloy studied there shortage of thermophysic properties, impossible this comparison. The corrosive behavior is analyzed by potentiodynamic polarization technique and cyclic polarization technique lead into 3,5%NaCl solution on room temperature, coarse structure dendritics tend to increase the corrosion rates of Al-Ni hypoeutectic alloys. The experimental results obtained by the corrosion tests were correlated with dendrite microstructure. This way, experimental tendencies of growth dendrite were determined to upward vertical directional solidification.

Novas rotas para obtenção de silício grau solar a partir de silício grau metalúrgico estão em desenvolvimento e a solidificação direcional é uma etapa presente em todos os processos propostos. O refino de silício por solidificação direcional baseia-se no fenômeno de macrossegregação das impurezas. Experimentos de solidificação direcional transiente foram realizados em condições estáticas utilizando um equipamento projetado no âmbito desse trabalho. A partir de um experimento de referência, foram avaliadas as influências da alteração do material da base do cadinho, altura do lingote e condição de resfriamento do forno. Para estudo das condições de solidificação e dos mecanismos envolvidos no fenômeno de macrossegregação de solutos foi proposto e implementado um modelo matemático. Esse modelo considera as equações gerais de transporte no caso unidirecional e o transporte de espécies químicas por difusão macroscópica e convecção. A convecção foi tratada a luz da teoria da camada estagnada a frente da interface sólido-líquido. Variáveis como velocidade da interface sólido-líquido, gradiente de temperatura, perfis de concentração de soluto e de fração de sólido foram obtidos com o modelo matemático utilizando as temperaturas medidas no silício durante os experimentos de solidificação como condições de contorno do modelo. Os resultados experimentais mostraram que sob algumas condições foram obtidos lingotes com macroestrutura típica de solidificação unidirecional e, além disso, as microestruturas mostraram evidências de macrossegregação de solutos. Os resultados do modelo matemático mostraram que a solidificação ocorreu em diferentes condições de velocidade da interface sólido-líquido e gradiente de temperatura nos experimentos. Os resultados obtidos com a utilização do modelo matemático mostraram que a convecção teve papel fundamental no fenômeno de macrossegregação de solutos. / New process routes are under development to obtain solar grade silicon from metallurgical grade one, and the directional solidification is an essential step in all proposed process routes. The silicon refining by directional solidification is based on the impurities macrosegregation phenomena. Transient solidification experiments were conducted under a static condition in a furnace projected for this work. From a reference experiment it was analyzed the effects of the changing the material of the crucible base, the ingot height and the cooling condition of the furnace. A mathematical model was proposed and implemented in order to study the solidification conditions and the main mechanisms regarding the macrosegregation phenomena. The mathematical model considers the conservation equations in one direction and the transport of chemical species occurs by diffusion and convection. The convection was treated using the diffusion layer theory. The velocity of solid-liquid interface, temperature gradient and profiles of solute concentration and solid fraction were obtained using the temperatures on silicon during the solidification experiments as boundaries conditions of the model. The experimental results showed that under some conditions it was obtained ingots with typical unidirectional macrostructure and, besides, showed in the microstructure evidences of macrosegregation. The mathematical model results showed that the solidification took place under different conditions of solid-liquid interface velocities and temperature gradient in the experiments. The results from the mathematical model showed that convection plays an essential role in the macrosegregation phenomena.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5520.pdf: 15957813 bytes, checksum: 79aec06af1bae5d8465f546113e03184 (MD5) Previous issue date: 2013-07-29 / Sn-Pb traditional solder alloys were overly utilize in electronic devices industry, since their properties and features use were adequate and well known. In the last years many restrictions and directives were and have been designed with a view to minimize or eliminate the use of this metal in the electronic industry. Thereby, several lead-free solder alloys emerged. Among these alloys, eutectic Sn-0.7wt%Cu (TE=227°C) appears as potential candidate to replace eutectic Sn-37wt%Pb alloys, because present low cost when compared with the other lead-free solder alloys. Fatigue resistance and fluidity are quite similar compared with those obtained for the traditional Sn-Pb alloys. Small alloying additions of Ni in Sn-Cu eutectics between levels 20-1000ppm Ni can improve welding properties such as good fluidity, reliability, fine degree of wetting, ensuring suitable mechanical resistance of solder joint. Thus, the main goals of present study are investigate the influence of the Ni microadditions on solidification thermal parameters (transient interfacial heat transfer coefficient - hi), eutectic growth rate v and cooling rate - Ṫ), microstructure features (dendritic and cellular spacings, λ1 and λC) and tensile properties in directionally solidified Sn-0.7wt%Cu, Sn-0.7wt%Cu-0.05wt%Ni e Sn-0.7wt%Cu-0.1wt%Ni alloys under unsteady-state conditions against AISI steel carbon 1020 water-cooled bottom part. Measurements of hi coefficient showed that Ni microadditions (500 and 1000ppm of Ni) in the eutectic Sn-0.7wt%Cu affected significantly the fluidity levels. The microstructures obtained for the Sn-0,7wt%Cu-(xNi) alloys presented eutectic colonies/cells along the casting length, with dendritic regions only on first positions close to the bottom. Small Ni additions promoted increase on ultimate tensile strength (σu) and elongation (δ), with the Sn-0.7wt%Cu-0.05wt%Ni alloy corresponding to the better combination of σu and δ, 36.6MPa and 12.1%, respectively. / As tradicionais ligas de soldagem Sn-Pb foram excessivamente utilizadas na indústria de dispositivos eletrônicos, uma vez que suas características de uso e propriedades eram adequadas e bem conhecidas. Contudo, devido aos problemas acarretados pela toxidade do Pb, várias restrições/diretrizes foram e estão sendo criadas a fim de minimizar ou eliminar o uso desse metal na indústria eletrônica. Com isso, diversas ligas de soldagem livres de Pb surgiram e dentre tais ligas, a liga eutética Sn-0,7%Cu (TE=227°C) surge com uma alternativa promissora para a substituição de ligas de solda contendo Pb, pois apresentam menor custo que as demais ligas de soldagem e propriedades como resistência à fadiga e fluidez semelhantes às obtidas para ligas do sistema Sn-Pb. Neste contexto, microadições de Ni em ligas eutéticas Sn-Cu em níveis entre 20 e 1000ppm podem trazer melhorias de propriedades de soldagem como boa fluidez, boa soldabilidade, bom grau de molhamento, garantindo adequada resistência mecânica da junta soldada. Assim, o presente estudo objetiva investigar a influência de microadições de Ni nos parâmetros térmicos de solidificação (coeficiente interfacial de transferência de calor metal/molde - hi, velocidade de solidificação - v e taxa de resfriamento - Ṫ), nas características estruturais (espaçamento intercelular e interdendrítico, λC e λ1) e nas propriedades mecânicas de tração das ligas Sn-0,7%Cu, Sn-0,7%Cu-0,05%Ni e Sn-0,7%Cu-0,1%Ni solidificadas unidirecionalmente no sentido vertical ascendente contra chapa molde de aço carbono 1020. Os valores de hi mostraram que microadições de Ni (500 e 1000ppm) em ligas eutéticas Sn-0,7%Cu afetaram consideravelmente o nível de fluidez. As microestruturas das ligas Sn-0,7%Cu-(xNi) apresentaram colônias eutéticas ao longo dos lingotes, com regiões dendríticas apenas nas posições próximas da base refrigerada. As microadições de Ni promoveram um aumento do limite de resistência à tração (σu) e do alongamento específico (δ), com a liga Sn-0,7%Cu-0,05%Ni apresentando a melhor combinação σu/δ, 36,6 MPa e 12,1%, respectivamente.

Orientadores: Amauri Garcia, Noe Cheung / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-14T16:40:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dias_AntonioCarlosPires_M.pdf: 13091267 bytes, checksum: c4c7c0e72c88328cba1119cc9cd6d650 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: As ligas de solda à base de estanho apresentam excelente fluidez e temperaturas de trabalho ideais para a união de componentes eletrônicos. A solda com ligas do sistema estanho chumbo é a mais comum para soldas em eletrônica. Entretanto, há muitas preocupações com o uso do chumbo, devido aos diversos efeitos adversos na saúde humana e contaminação do meio ambiente. Por essas razões, na maioria dos países o chumbo já é condenado e proibido de ser incorporado em diversos produtos. Neste sentido, a indústria eletrônica está de olho em soldas livres de chumbo que possam substituir a clássica solda estanho-chumbo. É objetivo deste trabalho analisar a solidificação de ligas eutéticas dos sistemas Sn-Ag e Sn-Cu, que são duas ligas com potencial de substituição. Foram desenvolvidos experimentos para determinar a influência do acabamento superficial da chapa molde nos parâmetros térmicos de solidificação durante a solidificação direcional ascendente em regime transitório de extração de calor de ligas eutéticas Sn-Pb, Sn-Cu e Sn-Ag. Foram utilizados dois tipos de acabamentos superficiais na chapa molde: lixado e ranhurado, para investigar as condições de afinidade metal/substrato. Foi desenvolvida uma abordagem teórico-experimental para determinar quantitativamente as variáveis térmicas, tais como: coeficiente de transferência de calor global (hg) e velocidade de deslocamento da frente de solidificação. As micro estruturas de solidificação foram caracterizadas e os espaçamentos dendríticos secundários (?2) foram medidos na direção longitudinal dos lingotes, e correlacionados com as variáveis térmicas que atuaram durante a solidificação. / Abstract: Tin based alloys for welding applications have excellent fluidity and adequate temperature working range to join electronic components. The most used tin alloys for welding is the eutectic Sn-Pb alloy. However, there are some concerns about lead, due to hazardous effects to health and to environment. Due to theses reasons, many countries condemn and prohibit the use of lead in several products. In this sense, the electronic industries are looking for lead-free solder alloys with a view to replace the traditional Sn-Pb eutectic alloy. The aim of this work is to analyze the solidification of Sn-Ag and Sn-Cu eutectic alloys which are potential alloys candidates to replace the eutectic Sn-Pb alloy. Experiments were conducted to determine the influence of the mold wall roughness on the thermal solidification parameters during the upward unsteady-state directional solidification of eutectic Sn-Pb, Sn-Cu and Sn-Ag alloys. Two different kinds of surface mold finishing, sanded and grooved, were used in order to analyze metal/substrate affinity. A combined theoretical and experimental approach has been used to quantitatively determine such thermal variables, i.e., transient global heat transfer coefficient (hg) and solidification growth rates. The microstructures have been characterized and the secondary (?2) dendrite arm spacings were measured along the castings length and correlated to transient solidification thermal variables. / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Novas rotas para obtenção de silício grau solar a partir de silício grau metalúrgico estão em desenvolvimento e a solidificação direcional é uma etapa presente em todos os processos propostos. O refino de silício por solidificação direcional baseia-se no fenômeno de macrossegregação das impurezas. Experimentos de solidificação direcional transiente foram realizados em condições estáticas utilizando um equipamento projetado no âmbito desse trabalho. A partir de um experimento de referência, foram avaliadas as influências da alteração do material da base do cadinho, altura do lingote e condição de resfriamento do forno. Para estudo das condições de solidificação e dos mecanismos envolvidos no fenômeno de macrossegregação de solutos foi proposto e implementado um modelo matemático. Esse modelo considera as equações gerais de transporte no caso unidirecional e o transporte de espécies químicas por difusão macroscópica e convecção. A convecção foi tratada a luz da teoria da camada estagnada a frente da interface sólido-líquido. Variáveis como velocidade da interface sólido-líquido, gradiente de temperatura, perfis de concentração de soluto e de fração de sólido foram obtidos com o modelo matemático utilizando as temperaturas medidas no silício durante os experimentos de solidificação como condições de contorno do modelo. Os resultados experimentais mostraram que sob algumas condições foram obtidos lingotes com macroestrutura típica de solidificação unidirecional e, além disso, as microestruturas mostraram evidências de macrossegregação de solutos. Os resultados do modelo matemático mostraram que a solidificação ocorreu em diferentes condições de velocidade da interface sólido-líquido e gradiente de temperatura nos experimentos. Os resultados obtidos com a utilização do modelo matemático mostraram que a convecção teve papel fundamental no fenômeno de macrossegregação de solutos. / New process routes are under development to obtain solar grade silicon from metallurgical grade one, and the directional solidification is an essential step in all proposed process routes. The silicon refining by directional solidification is based on the impurities macrosegregation phenomena. Transient solidification experiments were conducted under a static condition in a furnace projected for this work. From a reference experiment it was analyzed the effects of the changing the material of the crucible base, the ingot height and the cooling condition of the furnace. A mathematical model was proposed and implemented in order to study the solidification conditions and the main mechanisms regarding the macrosegregation phenomena. The mathematical model considers the conservation equations in one direction and the transport of chemical species occurs by diffusion and convection. The convection was treated using the diffusion layer theory. The velocity of solid-liquid interface, temperature gradient and profiles of solute concentration and solid fraction were obtained using the temperatures on silicon during the solidification experiments as boundaries conditions of the model. The experimental results showed that under some conditions it was obtained ingots with typical unidirectional macrostructure and, besides, showed in the microstructure evidences of macrosegregation. The mathematical model results showed that the solidification took place under different conditions of solid-liquid interface velocities and temperature gradient in the experiments. The results from the mathematical model showed that convection plays an essential role in the macrosegregation phenomena.

As energias renováveis têm ganhado destaque como possíveis soluções para a questão da matriz energética mundial. Dentre as diferentes alternativas está a energia solar. As células fotovoltaicas são produzidas majoritariamente com silício metálico de alta pureza que é produzido tradicionalmente por um processo químico de alta complexidade e custo. Alternativas vêm sendo desenvolvidas para produção deste material, sendo a rota metalúrgica uma delas. Nesta rota parte-se de um silício de menor pureza e removem-se as impurezas através de operações metalúrgicas. Um dos elementos a serem removidos é o carbono, que está majoritariamente presente precipitado na forma de carboneto de silício (SiC). Visando o estudo da formação da macrossegregação de partículas de SiC em Si, ensaios de solidificação em um forno do tipo Bridgman com diferentes velocidades de extração e diferentes diâmetros de molde foram realizados. Ensaios para verificar o efeito de decantação destas partículas na macrossegregação também foram conduzidos. Nos ensaios de solidificação, os resultados mostram que um aumento da velocidade de extração do molde para fora da região quente do forno resulta em uma estrutura de grãos menos alinhada na direção axial dos lingotes cilíndricos. Adicionalmente, o aumento do diâmetro do lingote também possui um efeito na macroestrutura, dependo da velocidade de extração. A macrossegregação de carbono para o topo do lingote é mais severa quanto menor for a velocidade de extração e maior for a direcionalidade dos grãos. Esta macrossegregação é causada pelo empurramento das partículas de SiC pela interface sólido/líquido. A decantação de partículas de SiC causou macrossegregação de C para a base dos lingotes de Si, porém menos acentuada que aquela observada nos ensaios de solidificação direcional. A alteração do período de tempo reservado no experimento para ocorrência da decantação de uma para seis horas não influenciou significativamente a macrossegregação. Para um mesmo tempo de processo, a solidificação direcional a uma velocidade de extração de 5 µm/s resultou em uma maior macrossegregação de carbono do que aquela observada após decantação, apresentando um maior potencial para a remoção do carbono contido no silício. / Renewable energies have been considered as possible solutions to the world energy matrix issue. Solar energy is one of the alternatives. Photovoltaic cells are mainly made of high purity silicon, which is produced by a complex and costly chemical process. New alternative processes are under development and one of them is the metallurgical route. In this route, a less pure silicon is refined and impurities are removed by metallurgical operations. One of the elements to be removed is carbon, which is mainly present as silicon carbide (SiC). Aiming at an investigation about the macrosegregation of carbon and SiC particles in Si, solidification experiments were conducted in a Bridgman type furnace using different extraction velocities and different mold diameters. Experiments to investigate the effects of settling of SiC particles were also carried out. The results show that the mold extraction velocity plays an important role in the grain macrostructure formation: higher velocities give rise to a less directional grain structure. Additionally, the change in the ingot diameter also has an effect on the macrostructure depending on the extraction velocity. Carbon macrosegregation to the ingot top is more severe for lower mold extraction velocities. This macrosegregation is a result of SiC particles being pushed by the solid/liquid interface to the ingot top. The settling of SiC particles causes carbon macrosegregation to the ingot bottom, but less intense than that observed in the directional solidification experiments at the ingot top. The change of settling times from one to six hours, have no significant effect on the degree of macrosegregation. For equal processing times, directional solidification at a mold extraction rate of 5 µm/s causes more carbon macrosegregation than settling, representing a higher potential alternative for carbon removal from silicon.

Em processo de fabricação de polióis, são gerados dois resíduos de catalisadores (RNi e RAl) considerados perigosos ao meio ambiente, devido aos seus respectivos altos teores de níquel e alumínio. A presente Tese trata do estudo da solidificação/estabilização simultânea desses dois resíduos catalíticos com cimento Portland tipo II, com o intuito de minimizar os impactos ambientais e verificar a possibilidade de uso do produto solidificado como elemento estrutural. Os ensaios realizados consistiram em: análise térmica diferencial não convencional (NCDTA), análises termogravimétricas (TG/DTG), análise de difração de raios X (DRX), ensaios de fluorescência de raios X (FRX), ensaio de lixiviação e resistência mecânica. A análise das primeiras etapas de hidratação do cimento assim como de amostras hidratadas em diferentes idades nos primeiros 28 dias, possibilitou avaliar os efeitos da presença dos rejeitos no processo, identificar as etapas onde ocorrem e permitiu quantificar as principais fases do cimento hidratado. Pastas com relação água/cimento igual a 0,5 foram utilizadas, às quais diferentes quantidades de cada resíduo foram adicionadas. Foi verificado que nos estágios iniciais de hidratação do cimento ocorrem efeitos de retardamento e aceleração, respectivamente, devido à presença de RNi e RAl. A utilização simultânea dos dois resíduos de catalisadores no processo de solidificação/estabilização em cimento, indica a ocorrência de um efeito sinérgico, permitindo melhores condições de solidificação do que quando cada resíduo é tratado separadamente. Os ensaios de lixiviação feitos para pastas e argamassas após 28 dias de solidificação, prazo padrão para avaliação de processos de solidificação, apresentaram valores abaixo dos limites permitidos para a concentração final de Ni e Al nos extratos de lixiviação, indicando que o processo de solidificação simultânea dos rejeitos atende à legislação ambiental e elimina o seu impacto ambiental original. Pastas e argamassas analisadas também após 28 dias por testes de resistência à compressão, apresentaram resultados aceitáveis para possível uso na construção civil. / In polyols production two catalyst wastes (RNi and RAI) are obtained, which are considered hazardous, due to their respective high nickel and aluminum contents. This Thesis presents the study of the simultaneous solidification/stabilization of both wastes with type II Portland cement (CPII), in order to avoid environmental impacts and to check the possibility of the use of the solidified products as structural elements. The experimental research performed for this study consisted of non-conventional differential thermal analysis, thermogravimetric analysis, X ray diffraction, X ray fluorescence, leaching and compressive strength tests. The analysis of the first stages of the cement hydration, as well as of samples hydrated at different ages during the first 28 days of hydration, allowed evaluate the effects of the presence of the wastes on the process, identify the steps where the changes occur and have a quantitative information about the main cement hydrated phases. Pastes with water/cement ratio equal to 0.5 were used, into which different amounts of each waste were added. In the early stages of cement hydration retarding and accelerating effects occur, respectively due to RNi and RAl presence. During the simultaneous use of the two waste catalysts for their solidification/stabilization in cement, there is a synergic effect, which allows better operating conditions than when each waste is solidified separately. The leaching tests done for solidified pastes and mortars, after the standard evaluation period of 28 days of solidification, presented values for the final concentration of Ni and Al below accepted limits, indicating that the simultaneous solidification process attends environmental legislation, as well as eliminates the original environmental impact of the wastes. Pastes and mortars analyzed also after 28 days by compressive strength tests, presented acceptable results for the possible use of the solidified products in construction industry.

A macrossegregação pode causar problemas sérios em processos de fundição, mas pode ser útil em processos de refino metalúrgico como os empregados na produção de silício de alta pureza. Ela é formada por fluxos convectivos presentes tanto na solidificação plana quanto na solidificação com zona pastosa, enquanto o transporte difusivo é efetivo quando a solidificação direcional é controlada, mantendo-se uma interface plana. A modelagem da solidificação de lingotes em escala macroscópica é atualmente dividida em modelos que assumem a presença de uma zona pastosa e modelos que assumem interface plana como hipótese inicial, exigindo conhecimento prévio da morfologia interfacial durante toda a operação. Um modelo matemático para a macrossegregação causada por transportes difusivos e convectivos de soluto durante a solidificação com crescimento plano ou com zona pastosa foi apresentado e implantado. Uma análise numérica apenas do transporte difusivo revelou a transição da interface plana para uma zona pastosa desenvolvida, que ocorreu em coincidência com critérios de estabilidade clássicos, além de revelar uma região inicial refinada formada mesmo após a formação da zona pastosa e confirmar a ineficiência da difusão sozinha na formação de macrossegregação em maiores velocidades. A convecção demonstrou efeito estabilizador para a interface sólido-líquido plana ao reduzir a camada super-resfriada por soluto, assim como acentuou a macrossegregação, com tendência ao caso de Scheil. Ensaios experimentais para silício presentes na literatura foram avaliados com o modelo proposto, confirmando o efeito estabilizador da interface plana observado e também mostrando o papel fundamental da difusão na formação da interface plana. Os resultados do modelo foram comparados com os de ensaios experimentais conduzidos em um forno do tipo Bridgman com liga Al-1% Cu com velocidades de solidificação crescentes e a estabilidade da interface plana e a macrossegregação correspondente examinadas sem ou com convecção forçada. Os resultados experimentais indicaram uma região com interface sólido-líquido plana que, após a segunda mudança de velocidade, indicou a aparente formação de células, verificadas por análise metalográfica. A velocidade de crescimento crítica foi estimada no experimento, mostrando-se significativamente maior que a calculada através do critério do super-resfriamento constitucional. / Macrosegregation is a source of serious problems in castings, but it can be a useful tool in metallurgical refining processes such as those employed in the production of high-purity silicon. It is often a result of convective liquid flow either at planar solidification or when a mushy zone is present, while diffusive solute transport is effective at controlled directional solidification with planar interfaces. Ingot solidification modeling at macroscopic scale is currently divided in models assuming a mushy zone is always present and planar interfaceassuming models, thus requiring prior knowledge of interface morphology. A mathematical model for macrosegregation resulting from diffusion and convection during solidification with planar interface or mushy zone was presented and implemented. Diffusive transport was evaluated numerically, revealing a transition from planar to mushy-zone solidification conforming to classical stability criterions, with an initial refined zone that grew even after a mushy zone developed and the inefficacy of macrodiffusion-induced macrosegregation at higher growth velocities shown. Convection showed stabilizing effect for planar solid-liquid interface by reducing the solute-undercooled layer and increased macrosegregation, with a tendency towards Scheil model. Silicon experiments publicly available were compared with the present model, confirming the experimentally-observed stabilizing effect and proving the key role of diffusion at macrosegregation formation on these systems. The model was evaluated with experiments made in a Bridgman-type furnace with an Al-1% Cu alloy with increasing growth velocities to study interface stability and macrosegregation with or without liquid stirring. Results indicate a planar growth region followed by a cellular interface one after the second velocity change, as identified by metallographical testing. Critical growth velocities for classical criterions were estimated after the experiments and were smaller than the evaluated ones.

Submitted by RODRIGO YOKOYAMA XAVIER null (rodyok@hotmail.com) on 2017-02-16T01:10:07Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Mestrado - Rodrigo Yokoyama Xavier.pdf: 6767206 bytes, checksum: 36a0ac2db721a2114f623ea26fe9f582 (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2017-02-22T17:27:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 xavier_ry_me_guara.pdf: 6767206 bytes, checksum: 36a0ac2db721a2114f623ea26fe9f582 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-22T17:27:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 xavier_ry_me_guara.pdf: 6767206 bytes, checksum: 36a0ac2db721a2114f623ea26fe9f582 (MD5) Previous issue date: 2017-01-30 / O nível de qualidade de peças produzidas a partir de grandes lingotes está intimamente relacionado à qualidade dos lingotes em si. Dentre os diversos defeitos inerentes ao processo de solidificação, destacam-se as microssegregações de elementos de liga, que causam uma deterioração nas propriedades do produto final. Uma maneira de reduzir o dano causado pela microssegregação é através do Tratamento Térmico de Homogeneização, este por sua vez demanda elevados tempos de processo, elevando custos e tempos de fabricação. Uma das formas de reduzir os tempos de homogeneização, uma vez que este apresenta caráter difusional, é através da redução do espaçamento interdendrítico. Neste trabalho foi analisada a influência da deformação plástica como forma de reduzir o espaçamento entre dendritas no tratamento térmico de homogeneização. Para tal fim, utilizou-se um lingote fundido em aço ferramenta de composição química similar ao AISI A2. As amostras foram retiradas do núcleo do lingote no estado bruto de solidificação e sofreram deformações de 0,6 e 1,3 através do processo de laminação a quente, sendo temperadas em água na sequência. Após laminadas as amostras passaram por um tratamento térmico de homogeneização na temperatura de 1200°C por 8h ou 16h e foram novamente temperadas em água. As análises foram feitas através de Microscopia Óptica, Dureza Vickers, Difratometria de Raios-X e Microscopia Eletrônica de Varredura. Foi observado em todas as amostras a presença de microrechupes, e uma microestrutura composta predominantemente por dendritas oriundas da solidificação, identificadas pela fase martensítica, envoltas por uma matriz formada de austenita retida, contendo carbonetos e sulfetos. Com a deformação plástica foi possível quebrar a estrutura dendrítica a aproximar as regiões segregadas das não segregadas. O tratamento térmico por um tempo de 8h não foi suficiente para homogeneizar a microestrutura e reduzir as microssegregações, independentemente do estado de deformação das amostras. O tratamento térmico por 16h apresentou os melhores resultados em relação à homogeneidade química, sendo tanto melhor o resultado quanto maior a deformação imposta às amostras. / The quality of pieces produced from large ingots is closely related to the quality of ingots itself. Among the various defects inherent to the solidification process, there is the microsegregation of alloying elements, causing a deterioration in the properties of the final product. One way to reduce the damage caused by microsegregation is through the homogenization heat treatment, this in turn demands long time of process, increasing costs and lead-times for manufacture. One way to reduce the homogenization time, since it has a diffusive character, is by reducing the interdendritic spacing. In this study was analyzed the influence of plastic deformation as a mean to reduce the spacing between dendrites in the homogenization heat treatment. For this purpose it was used a cast ingot of chemical composition similar to the AISI A2 tool steel. Samples were cut from the ingot center in the as-cast state and suffered deformations of 0.6 and 1.3 through the hot rolling process and quenched in water in the sequence. After rolling the samples passed through a homogenization heat treatment at a temperature of 1200°C for 8h and 16h and again were quenched in water. Analyses were performed by Optical Microscopy, Vickers Hardness, X-Ray Diffractometry and Scanning Electron Microscopy. It was observed in all samples the presence of microcavities, and a microstructure consisting predominantly by solidifications dendrites identified by a martensitic phase, involved by a retained austenite matrix containing carbides and sulfides. The plastic deformation broke the dendritic structure, and approached the segregated regions to the non-segregated regions. The heat treatment for 8h was not sufficient to homogenize the microstructure and reduce the microsegregation, independently of the deformation state of the samples. The heat treatment for 16h presented the best results in relation to the chemical homogeneity, and the better the result as the greater the deformation imposed on the samples.